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ANALIZADORES DE ANTENAS
conceptos básicos y circuitos de medida
Joan Morros - Eduardo Alonso
EA3FXF – EA3GHS
EA QRP CLUB
sinarcas 2011
índice


motivación
conceptos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

circuitos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.


esquema básico
medida con óhmmetro
coeficiente de reflexión
animación
coeficiente de reflexión de un dipolo
ROE e impedancia
efectos de la reflexiones
aplicaciones
problema: onda incidente y reflejada superpuestas
puente reflectométrico
procedimiento de ajuste
circuito detector
analizador de antenas: sistema completo
analizador de antena con generador de ruido y receptor
acoplador direccional
miscelánea
bibliografía
motivación



¿que ocurre cuando medimos la ROE de una antena?
¿que interpretación tiene esta medida?
¿que circuitos me permiten medir la ROE de una antena?
conceptos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
esquema básico
medida con óhmmetro
coeficiente de reflexión
animación
coeficiente de reflexión de un dipolo
ROE e impedancia
efectos de la reflexiones
aplicaciones
esquema básico
potencia
conducida


potencia
radiada
la antena transforma el medio de propagación
de la energía de conducido (cable) a radiado
(aire)
¿cuanto eficiente es esta transformación? →
proporcional al coeficiente de reflexión
medida con un óhmmetro





es conocido que un dipolo
tiene una Rrad=73Ω
un ohmmetro mide en
corriente continua (f=0Hz)
en 0Hz, el dipolo se comporta
como un circuito abierto
Rant=∞
el dipolo se ha de medir en la
frecuencia de trabajo, por
ejemplo 7000 kHz
en corriente alterna de alta
frecuencia es mas fácil medir
potencia que medir resistencia
directamente
coeficiente de reflexión, Γ



Pincidente, potencia generada por el transmisor
Ptransmitida, parte de la potencia incidente que es efectivamente radiada
por la antena
Preflejada, parte de la potencia incidente que la antena no es capaz de
radiar, y que se refleja.
Γ ≈ 0 reflexión baja, buena adaptación cable-aire, alta eficiencia de radiación
Γ ≈ 1 reflexión alta, mala adaptación cable-aire, mala eficiencia de radiación
animación
cable aire
cable aire
cable aire
coeficiente de reflexión de un dipolo
si barremos en frecuencia y medimos coeficiente de reflexión,
se observan unos puntos “calientes”:
en 3.5 14, 28,... MHz (si longitud dipolo = 40 metros)
ROE e impedancia


relación de ondas estacionarias: ROE=|(1+Γ)/(1-Γ)
impedancia de antena: Γ=(Z-Z0)/(Z+Z0)
Γ
0.002
0.040
0.112
0.251
0.794
1.000
Γ/dB
-26.4
-14
-9.5
-6
-1
0
ROE
1.1
1.5
2
3
18
INF
%PREF
0.2
4
11
75
80
100
%PTRA
99.8
96
89
25
20
0
ZANT
efectos de las reflexiones

una antena con coeficiente de reflexión elevado





la potencia reflejada calienta al transmisor
si temperatura muy elevada se queman los transistores
de salida del transmisor
la potencia transmitida es menor
el receptor nos escuchará con dificultad
el problema existe también usando la antena en
recepción



una antena con coeficiente de reflexión elevado,
parte de la energía que llega a nuestra antena es
rechazada (reflejada) y
parte es transmitida hacia el cable coaxial y receptor
aplicaciones

Medida de antenas







Medida de la SWR
Ajuste de un acoplador de antenas
Frecuencias de resonancia de un dipolo, loop, hilo largo ...
Impedancia de una antena window (varia según altura)
Medida de la resistencia de pérdidas de una antena vertical:
mejora de la eficiencia de radiación
...
Medida de componentes







Inductancia, capacidad
Parámetros de una línea de transmisión
Parámetros de un cristal de cuarzo
Q de un circuito resonante
Ajuste de un circuito resonante
Medida de redes de acoplo
...
circuitos de medida
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
problema: onda incidente y reflejada
superpuestas
puente reflectométrico
procedimiento de ajuste
circuito detector
analizador de antenas: sistema completo
analizador de antena con generador de
ruido y receptor
acoplador direccional
problema
¿como separar dos ondas de potencia superpuestas?
(incidente y reflejada)

puente reflectométrico (swr bridge)




LF,MF,HF,VHF
basado en el puente de Wheatstone
introduce pérdidas al realizar la medida
acoplador direccional (directional coupler)




HF,VHF,UHF,SHF
astuta variante del puente reflectométrico sustituyendo resistencias por
transformadores
permite realizar medidas con pocas pérdidas
(sin quitar potencia al transmisor para realizar la medida)
puente reflectométrico
VG
VA

3 resistencias y un watímetro





VB
de valores próximos a la impedancia de la antena Z=50Ω
indicación del medidor proporcional a la potencia reflejada
R1=R2=50Ω → VA=VG/2
si R3=Zant=50Ω → VB=VG/2→VA-VB=0 → PAB=0 →
Prefl=0 → Γ=0 → puente equilibrado
si Zant≠50Ω → VB≠VG/2→VA-VB≠0 →PAB>0 →Prefl>0
→Γ>0 → puente desequilibrado
puente reflectométrico, ajuste
procedimiento

se desconecta la antena (Zant=∞)

toda la potencia incidente es reflejada (Pinc=Pref)

la lectura del instrumento es Pincidente

se conecta la antena

la lectura del instrumento es Preflejada

Γ=coeficiente de reflexión=Preflejada/Pincidente
circutos detectores: watímetro


con un diodo y un
votímetro
con un LED (ideal
para detectar el paso
por un mínimo)
+luz +potencia reflejada
-luz –potencia reflejada

con el smeter de un
receptor
analizador de antenas, sistema completo
puente reflectométrico con
generador de ruido y receptor





transmisor: generador de señal de una única frecuencia
detector de banda ancha, no selectivo en frecencia
alternativa
generador de ruido de banda ancha (múltiples frecuencias
simultaneamente)
detector selectivo en frecuencia, receptor con s-meter
acoplador direccional
miscelánea

impedancia=resistencia+reactancia
ojo: no es necesario conocer R,X para operar, solo igualar
Zant a Rrad+Rper
SWR=(FWD+REV)/(FWD-REV)
Z =50*VZ/(FWD-VZ)
R
=(2500+Z^2)*SWR/(50*(SWR^2
+ 1))
X =SQRT(Z^2 -R^2)

analizador de redes



antena=circuito 1 puerto
amplificador = circuito 2 puertos
mezclador = circuito 3 puertos
bibliografia









EMRFD (ARRL)
POZAR
AA5TB
KD1JV
DG8SAQ
VK2ZAY
N2APB/N2CX (antenna analyzer)
Sam Wetterlin
Michael Angelis